직접 압출 및 Bowden 시스템

3D FDM 프린터의 가장 중요한 요소 중 하나는 압출기와 핫엔드로 구성된 세트입니다.

핫엔드는 노즐을 통해 흐를 수 있도록 필라멘트를 녹이는 요소입니다. , 소위 핫존 외부로 열이 전달되는 것을 방지합니다.

이를 위해 호텔은 일반적으로 다음 네 부분으로 구성됩니다.

• 노즐 또는 노즐 :녹은 필라멘트가 흘러 조각에 침전되는 요소입니다. 직경은 압출된 재료 스레드의 직경을 결정하므로 XY에서 프린터의 해상도를 결정합니다.
• 가열 블록: 노즐을 인쇄 온도까지 가열하여 안정되게 유지시키는 역할을 하는 소자입니다.
• 더위 휴식: 열 차단 브리지 역할을 합니다. 핫존과 콜드존을 분리합니다.
• 방열판: 그 기능은 콜드 존을 냉장 상태로 유지하여 히팅 블록에 의해 전달되는 과도한 열을 분산시키는 것입니다.

이미지 1:핫엔드 내부 온도. 출처:E3D.com

한편, 압출기는 용융 재료가 흐르도록 핫엔드 내부에 충분한 압력이 생성되도록 필라멘트를 핫엔드로 끌어당기는 역할을 합니다. 노즐을 통해 일정하고 균일하게.

이미지 2:직접 압출기. 출처:E3D.com

현재 압출기와 핫엔드를 결합하는 두 가지 방법이 있습니다:직접 압출 시스템 및 Bowden 시스템.

이미지 3:직접 압출기와 보우덴을 사용한 프린터 방식. 출처:Recreus.com

직접 압출 시스템에서 압출기와 핫엔드는 단일 요소를 형성합니다 , 당기는 지점과 노즐 사이의 거리를 최소화합니다.

Bowden 압출 시스템에서 압출기 3D 프린터의 프레임에 고정되어 보우덴 튜브라는 튜브를 통해 필라멘트를 핫엔드로 밀어 넣습니다.

두 시스템 중 어느 것이 더 나은지에 대해 많은 논의가 있었지만 둘 다 큰 장점이 있습니다 , 뿐만 아니라 몇 가지 단점. 가장 적합한 것을 선택하는 것은 여러 요인에 따라 달라집니다 일반적으로 사용되는 재료의 유형, 인쇄 속도 또는 프린터 프레임의 품질과 같은 것입니다.

철회

압출기가 필라멘트를 핫엔드로 밀면 필라멘트가 압축되어 용융된 재료가 제대로 흐르도록 노즐 내부에 필요한 압력을 생성합니다 . 그러나 재료를 압출하지 않으려면 압축으로 인한 잔류 압력으로 인해 재료가 계속 흐르게 되므로 필라멘트 밀기를 멈추는 것만으로는 충분하지 않습니다. 이것이 바로 핫엔드가 새로운 위치로 이동하고 재료를 추가할 필요가 없을 때마다 필라멘트가 노즐 내부의 압력을 감압 및 해제할 수 있도록 필요한 거리만큼 수축되어야 하는 이유입니다. 이를 후퇴라고 하며 3D 인쇄 프로세스에서 매우 중요합니다.

Imagen 4:Esquema de la retracción. 출처:sublimelayers.com

플라스틱은 일반적으로 단단한 소재가 아니기 때문에 압출기와 핫엔드 사이의 거리가 멀수록 , 노즐에서 적절한 압력을 달성하는 데 필요한 필라멘트의 압축이 커집니다. 이것은 또한 압력을 더 크게 해제하는 데 필요한 후퇴 거리를 만듭니다. . 그렇기 때문에 다이렉트 시스템에서는 후퇴 거리가 일반적으로 0.8mm에서 2mm 사이인 반면 Bowden 압출 시스템에서는 5~6mm의 값에 도달할 수 있습니다.

낮은 후퇴 값을 사용할 수 있다는 것은 중요한 이점이 있습니다 . 한편으로는 후퇴 시간이 더 짧아 많은 후퇴가 포함된 부품에서 인쇄 시간의 상당한 감소를 나타낼 수 있습니다. . 반면에 수축 거리가 짧으면 필라멘트의 녹은 부분이 핫엔드의 차가운 영역에 도달할 위험이 최소화되어 굳어지고 팽창하여 걸림이 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.

보우덴 압출기가 더 복잡하고 정확한 후퇴 교정을 요구하게 만드는 것은 바로 이 마지막 요소입니다. 흘러내리거나 끈이 생기기에는 너무 낮은 수축 값과 막힘을 유발하는 너무 높은 수축 값 사이에는 매우 작은 여백이 있기 때문입니다.

유연한 필라멘트

압출기와 핫엔드 사이 거리의 또 다른 직접적인 결과는 유연한 필라멘트의 거동입니다.

Bowden 시스템에서 필라멘트는 튜브를 통해 압출기에서 핫엔드로 안내됩니다 , 일반적으로 테프론. 튜브의 이상적인 내경은 필라멘트의 내경과 동일하지만 제조 공차로 인한 작은 직경 변동과 발생하는 높은 마찰력으로 인해 실제로는 불가능합니다. 이것이 모든 Bowden 튜브에 여유 공간이 있는 이유입니다. 대부분의 재료에서는 문제가 되지 않지만 유연한 튜브에서는 문제가 됩니다.

이미지 5:Bowden 튜브 내부의 필라멘트 굴곡. 출처:E3D.com

높은 유연성으로 인해 TPU 및 TPE와 같은 재료는 Bowden 튜브 내에서 구부러지는 경향이 있어 압출기에서 튜브 벽으로 인장력이 분산됩니다. 이로 인해 올바른 압출을 보장하기 위해 노즐에 일정한 압력을 가하는 것이 매우 어렵습니다. .

또한 유연한 소재의 경우 노즐에서 적절한 압력을 달성하는 데 필요한 필라멘트의 압축이 PLA와 같은 다른 소재의 경우보다 훨씬 커서 많은 경우 과도하게 높은 수축력을 사용해야 합니다. 거리.

이 모든 것에도 불구하고 약간의 경험을 통해 특히 2.85mm 또는 3mm 형식으로 사용할 때 보다 경도가 높은 유연한 재료를 Bowden 시스템에서 인쇄할 수 있습니다. 철회 사용 금지 그리고 고품질의 타이트한 직경의 Bowden 튜브 사용 Capricorn XS처럼.

이미지 6:Bowden Capricorn XS 튜브. 출처:Captubes.com

의심할 여지 없이 유연한 재료 작업에 이상적인 시스템은 직접 압출입니다 . 압출기와 핫엔드 사이의 짧은 경로는 필라멘트의 압축을 최소화하고 더 촘촘하게 만들어 내부에서 구부러지는 것을 방지합니다. Titan Aero 또는 특히 E3D Hemera와 같은 소위 소형 압출기는 간단한 방법과 높은 인쇄 품질로 모든 종류의 유연한 재료를 사용할 수 있게 합니다.

관성

수축 및 유연한 필라멘트 사용 측면에서 직접 압출 시스템이 승리한다는 사실에도 불구하고 , Bowden 시스템이 두드러지는 한 가지 특징이 있습니다. 특정 응용 분야에서는 관성이 매우 중요할 수 있습니다.

기본 인쇄 매개변수 중 하나는 속도입니다 . 그리고 많은 프린터에서 최대 80 또는 100mm/s의 속도를 사용할 수 있지만 부품 품질을 희생하지 않고는 인쇄가 불가능한 한계 속도가 있습니다. . 이는 핫엔드가 일정한 속도로 움직일 수 없고, 방향을 바꿀 때마다 일정한 방향 전환 속도로 감속했다가 다시 가속해야 하기 때문입니다.

이것은 뉴턴의 제1법칙 때문입니다. . 핫엔드가 가진 질량으로 인해 움직일 때 일정한 관성력이 있을수록 질량이나 속도가 커집니다. . 방향 전환 시 프린터의 나머지 부분에 관성력이 전달되어 진동이 발생하고 정밀도가 크게 떨어짐 . 이를 방지하려면 방향을 변경하기 전에 주로 프린터 구조의 강성과 핫엔드의 무게에 따라 달라지는 값으로 속도를 줄여야 합니다. 덜 견고하고 가벼운 구조는 더 낮은 방향 변경 속도와 더 느린 가속 및 감속 곡선을 사용함을 의미합니다 , 관성 흡수 능력이 줄어들어 속도가 느려지고 인쇄 시간이 길어지기 때문입니다. 관성을 줄이는 유일한 방법은 속도나 무게를 줄이는 것입니다.

이미지 7:관성에 의한 진동이 인쇄 품질에 미치는 영향. 출처:2Dprinterwiki.com

그리고 여기에서 Bowden 시스템이 유리하게 작용합니다. 가장 무거운 부분인 익스트루더를 고정하고 핫엔드만 이동시켜 관성 대폭 감소 . 이를 통해 Bowden 시스템을 사용하는 3D 프린터는 인쇄 품질 저하 없이 다이렉트 시스템보다 훨씬 더 빠른 인쇄 속도를 사용할 수 있습니다.

Bowden 시스템과 직접 시스템 중 선택

다이렉트 시스템과 Bowden 사이의 선택은 기본적으로 인쇄 속도가 우선인지 또는 다용도성과 새로운 재료 사용의 용이성에 따라 달라집니다 .

가장 짧은 시간에 가장 많은 부품을 생산하려는 경우 일반적으로 PLA 또는 PETG와 같은 몇 가지 재료와 단단한 재료만 사용되므로 Bowden 시스템이 있는 프린터가 최상의 솔루션이 될 것입니다.

반면에 기술적이고 신축성 있는 소재를 사용하여 최상의 품질을 얻는 것이 우선이라면 인쇄 속도를 희생하는 대가로 직접 압출 시스템이 이상적인 옵션이 될 것입니다.